JP2018055921A - 避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】避雷器に曲げ荷重が加わる際のスペーサ及び非直線抵抗素子の隙間の発生を小さくし、部分放電の発生を抑制できるようにする。
【解決手段】積層された複数の非直線抵抗素子２５と、非直線抵抗素子２５の積層方向の両端に配置される一対の端子電極１２，１３と、非直線抵抗素子２５の周囲を絶縁性材料で被覆して形成される被覆部１６と、非直線抵抗素子２５に重ねて配置される長さ調整用のスペーサ２６とを備え、スペーサ２６は、その高さが、非直線抵抗素子２５の高さの１．１５倍以下の金属製であり、複数枚が積層して配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、避雷器に関する。

従来、送電用避雷器、変電用避雷器などの、外被に絶縁性の樹脂材料を用いたポリマーモールド型避雷器が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような避雷器の内部要素は、複数積層された非直線抵抗素子（例えば、酸化亜鉛素子）と、非直線抵抗素子の両端に配置された端子電極とを備える。上記外被は、この内部要素の周囲を絶縁性の樹脂材料でモールドすることで形成される。

特開平０７−２９６６５７号公報 特開２０１２−９９６１５号公報

ところで、上記従来のような避雷器では、避雷器の長さを調整するため、非直線抵抗素子にスペーサを重ねることが考えられる。また、避雷器では、送電用或いは変電用に関わらず、設置状況下で曲げ荷重が加わることがあるため、曲げ荷重が加わったとしても、電気的特性の変化が無いことが望まれる。曲げ荷重が加わることで避雷器が曲がる場合、非直線抵抗素子とスペーサとの間、及び、スペーサ同士の間には、隙間が生じることになる。生じる隙間の形状によっては、非直線抵抗素子やスペーサにズレが発生し、避雷器が変形したり、曲げ荷重が除かれた状態でも隙間が残留したりし、この隙間の箇所では、部分放電が発生し易くなる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、避雷器に曲げ荷重が加わる際のスペーサ及び非直線抵抗素子の隙間の発生を小さくし、部分放電の発生を抑制できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、積層された複数の非直線抵抗素子と、当該非直線抵抗素子の積層方向の両端に配置される一対の端子電極と、前記非直線抵抗素子の周囲を絶縁性材料で被覆して形成される被覆部と、前記非直線抵抗素子に重ねて配置される長さ調整用のスペーサとを備え、前記スペーサは、その高さが、前記非直線抵抗素子の高さの１．１５倍以下の金属製であり、複数枚が積層して配置されることを特徴とする。
本発明によれば、非直線抵抗素子に重ねて配置される長さ調整用のスペーサは、その高さが、非直線抵抗素子の高さの１．１５倍以下の金属製であり、複数枚が積層して配置される。これにより、スペーサの高さが非直線抵抗素子の高さの１．１５倍以下であり、厚さが薄いスペーサが複数枚積層されるため、避雷器に曲げ荷重が加わった場合であっても、スペーサ同志の隙間及びスペーサと非直線抵抗素子との間の隙間は、複数の箇所に分散される。このため、避雷器に曲げ荷重が加わる際のスペーサ及び非直線抵抗素子の隙間の発生を小さくでき、部分放電の発生を抑制できる。

また、本発明は、複数枚の前記スペーサ同士の間には、導電材製の箔が挟まれていることを特徴とする。
本発明によれば、複数枚のスペーサ同士の間には、導電材製の箔が挟まれているため、箔によって非直線抵抗素子の間の導電性を確保しながら非直線抵抗素子の間の隙間を箔で埋めることができる。さらに、箔の存在によって、スペーサ同士の間に発生する隙間を小さくできる。
さらに、本発明は、一対の前記端子電極の間で前記非直線抵抗素子を積層方向に圧縮する弾性部材を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、一対の端子電極の間で非直線抵抗素子を積層方向に圧縮する弾性部材を備えたため、弾性部材の圧縮力によってスペーサを密着させることができ、スペーサの隙間を低減できる。

本発明の避雷器によれば、避雷器に曲げ荷重が加わる際のスペーサ及び非直線抵抗素子の隙間の発生を小さくし、部分放電の発生を抑制できる。

本発明の実施の形態に係る避雷器を示す図である。 素子部の構成を示す図である。 避雷器に曲げ荷重が加わった場合におけるスペーサの状態を示す概略図である。 スペーサの高さが非直線抵抗素子の高さの０．６倍である構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る避雷器を示す図である。
避雷器１０は、例えば、鉄塔間に架設される電線を鉄塔に絶縁状態で支持するがいし装置に設けられる。避雷器１０は、落雷時には、アークホーンとの間で放電して雷の電流のみ通過させ、続流を遮断することで停電を防止する。

図１に示すように、避雷器１０は、円柱状の素子部１１と、素子部１１の軸方向の両端にそれぞれ配置される一対の端子電極１２，１３と、素子部１１を周囲から囲うように配置されて一対の端子電極１２，１３を軸方向に結合する複数の絶縁ロッド１４とを備える。また、避雷器１０は、素子部１１と一方の端子電極１２との間に介装される弾性部材１５（弾性部材）と、素子部１１、絶縁ロッド１４及び一対の端子電極１２，１３を外側から覆う被覆部１６とを備える。なお、図１では、避雷器１０の内部構造が実線で示されており、被覆部１６は仮想線で示されている。

端子電極１２，１３は、素子部１１よりも大径に形成され素子部１１の端を受ける円柱状の受け部１７と、受け部１７から軸方向に延びる取付部１８とをそれぞれ備える。例えば、取付部１８の一方には、がいし側に取り付けられる取付金具（不図示）が接続され、取付部１８の他方には、アークホーンとの間で放電する放電部（不図示）が接続される。
各絶縁ロッド１４は、電気的な絶縁性を有する材料で構成される。絶縁ロッド１４は、素子部１１に対して略平行に、且つ、互いに周方向に略等間隔をあけて環状の並びで配置され、複数の絶縁ロッド１４の内側の空間に素子部１１が収容される。

弾性部材１５は、素子部１１と一方の端子電極１２との間に圧縮された状態で設けられる金属製のバネである。
被覆部１６は、電気的な絶縁性を備えた樹脂材料で構成される。被覆部１６は、例えば、シリコーンゴムにより構成される。被覆部１６は、素子部１１の外周面を軸方向の全体に亘って覆うとともに、被覆部１６の両端部は、端子電極１２，１３の受け部１７の外周面を覆う。
被覆部１６は、絶縁ロッド１４及び素子部１１等を覆う筒状部１９と、筒状部１９の外周面から径方向に突出する円板状のひだ部２０とを備える。ひだ部２０は、筒状部１９の軸方向に略等間隔をあけて複数設けられる。被覆部１６は、素子部１１の外周面に樹脂材料を直接モールドして形成される。

図２は、素子部１１の構成を示す図である。
図１及び図２を参照し、素子部１１は、軸方向に積層される複数の非直線抵抗素子２５と、非直線抵抗素子２５に重ねて積層される長さ調整用のスペーサ２６とを備える。スペーサ２６は、素子部１１の長さの調整用に複数枚設けられる。
非直線抵抗素子２５は、電圧の上昇に伴って電気抵抗が大きく低下する特性を備えた素子である。すなわち、非直線抵抗素子２５は、取付け対象に接続された状態において、電圧が小さい通常時は微小電流しか流れず漏れ電流が小さいが、サージにより高電圧が印加された場合には、電気抵抗が大きく低下して大電流を流す。

非直線抵抗素子２５は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分としたセラミックスの焼結体である。各非直線抵抗素子２５は円柱状に形成されており、非直線抵抗素子２５の軸方向の両端面には、導電性を付与するためにアルミニウムの蒸着層２７が形成される。すなわち、非直線抵抗素子２５は積層方向の両端面に蒸着層形成面を備える。各非直線抵抗素子２５の外径及び軸方向の長さは同一に設定される。非直線抵抗素子２５は、焼結によって均一な組織を得られるようにサイズの制約を受けるため、軸方向に複数個が積層される。
スペーサ２６は、非直線抵抗素子２５の外径と略同一径に形成された円板状の薄板である。スペーサ２６は、蒸着層２７と同じ材質で構成され、アルミニウムで構成される。

また、素子部１１は、隣接する非直線抵抗素子２５，２５の間の隙間に設けられる箔２８と、非直線抵抗素子２５とスペーサ２６との間の隙間に設けられる箔２９と、隣接するスペーサ２６，２６の間の隙間に設けられる箔３０と、スペーサ２６と受け部１７との間の隙間に設けられる箔３１とを備える。箔２８，２９，３０，３１は、導電性を有する金属材料で構成され、蒸着層２７と同じ材質で構成される。すなわち、箔２８，２９，３０，３１はアルミニウムの箔であり、同一部品である。
箔２８，２９，３０，３１の厚さは、蒸着層２７の厚さよりも大きく、例えば、０．０２ｍｍである。箔２８，２９，３０，３１は、非直線抵抗素子２５の外径と略同一径に形成される平面視で略円形の箔である。箔２８は、非直線抵抗素子２５を積層する際に非直線抵抗素子２５，２５の蒸着層形成面の間に挟まれる。すなわち、箔２８は、隣接する非直線抵抗素子２５，２５の蒸着層２７，２７の間に設けられる。

箔２８は、非直線抵抗素子２５，２５の間に挟まれることで、蒸着層２７の表面に沿って変形し、非直線抵抗素子２５，２５の間の隙間を塞ぐ。アルミニウムの蒸着層２７の厚さは完全に均一にはならず、蒸着層２７の表面には微細な凹凸が存在しているが、本実施の形態のように蒸着層２７，２７の間に箔２８を設けることで、蒸着層２７，２７の間の隙間を効果的に埋めることができ、隙間に被覆部１６が侵入することを防止できる。さらに、圧縮された状態で配置される弾性部材１５のプリセット荷重によって、蒸着層２７，２７の間で箔２８が圧縮されるため、箔２８を蒸着層２７，２７に効果的に密着させて隙間を塞ぐことができる。
また、同様に、箔２９，３０，３１は、非直線抵抗素子２５とスペーサ２６との間、スペーサ２６，２６の間、及び、スペーサ２６と受け部１７との間にそれぞれ挟まれることで、非直線抵抗素子２５の表面、及び、スペーサ２６の表面に沿って変形し、隙間を埋める。このため、隙間に被覆部１６が侵入することが防止される。

ここで、避雷器１０の製造工程を説明する。
まず、非直線抵抗素子２５、スペーサ２６及び箔２８，２９，３０，３１が積層されて素子部１１が形成されるとともに、素子部１１が、端子電極１３に組み付けられた絶縁ロッド１４の内側の空間に設けられる。次いで、素子部１１と端子電極１２との間に、接続部材２１、弾性部材１５が配置され、端子電極１２が絶縁ロッド１４に結合され、これにより小組体が形成される。この小組体の状態では、弾性部材１５は圧縮された状態で設けられることで、プリセット荷重が付与されている。

次に、上記小組体は、被覆部１６の成形用の形状を備えた金型内にセットされ、金型内に液体の樹脂が注入された後、樹脂が固化することで、小組体の外周面に被覆部１６が一体的に形成される。上記金型は樹脂の注入時には予熱されているとともに、内部は真空状態とされている。
本実施の形態では、隣接する非直線抵抗素子２５，２５の間の隙間、非直線抵抗素子２５とスペーサ２６との間の隙間、隣接するスペーサ２６，２６の間の隙間、及び、スペーサ２６と受け部１７との間の隙間に、箔２８，２９，３０，３１が設けられ、隙間が塞がれているため、樹脂をモールドする際に上記隙間に樹脂が侵入することを効果的に防止できる。これにより、隙間に絶縁性の樹脂が侵入することによる導通部の面積の減少を防止できるため、良好な特性を備えた避雷器を得られる。

本実施の形態では、スペーサ２６の高さ（厚さ）を、非直線抵抗素子２５の高さに対して所定の高さとし、このスペーサ２６を複数枚積層することで、スペーサ２６，２６の間に発生する隙間の低減を図っている。以下、この構成について説明する。

図３は、避雷器１０に曲げ荷重が加わった場合におけるスペーサ２６の状態を示す概略図である。なお、図３では、箔３０は不図示である。
図３に示すように、素子部１１に対して矢印で示す一方側に曲げ荷重Ｆが作用すると、各スペーサ２６は、各スペーサ２６における一方側の端部を支点３５として曲げ荷重Ｆの方向に僅かに回動する。これにより、各スペーサ２６における他方側の部分が浮き上がり、各スペーサ２６間に隙間Ｓが発生する。

本発明者らは、スペーサ２６の高さと隙間Ｓとの関係を実験して検討し、その結果として以下の知見を得た。
表１に、スペーサ２６の高さと隙間Ｓとの関係を示す。

表１では、１個のスペーサ２６の高さＨ２（図２参照）を、１個の非直線抵抗素子２５の高さＨ１（図２参照）を基準として、非直線抵抗素子２５の高さＨ１の何倍であるかによって示している。また、表１では、同一高さのスペーサ２６を複数枚積層した状態において曲げ荷重Ｆを作用させた場合に、隣接するスペーサ２６，２６間に発生した隙間Ｓの大きさが示されている。隙間Ｓは、隣接するスペーサ２６，２６間の最大隙間である。
ここで、図１では、スペーサ２６の高さＨ２が非直線抵抗素子２５の高さＨ１の１．１５倍である構成が示されている。
また。図４は、スペーサ２６の高さＨ２が非直線抵抗素子２５の高さＨ１の０．６倍である構成を示す図である。

表１を参照し、高さＨ２が高さＨ１の３倍である場合、隙間Ｓは６．０（ｍｍ）となり、高さＨ２が高さＨ１の２倍である場合、隙間Ｓは２．０（ｍｍ）となった。高さＨ２が高さＨ１の２倍以上である場合は、２．０（ｍｍ）以上の大きな隙間Ｓが発生した。これは、複数のスペーサ２６の総高さが同等であれば、スペーサ２６の高さＨ２が大きいと、曲げ荷重Ｆによってスペーサ２６が浮き上がる際の支点３５の数が少なくなり、隙間Ｓの発生が少ない数の隙間発生箇所に集中するからである。

高さＨ２が高さＨ１の１．１５倍である場合、隙間Ｓは０．３（ｍｍ）となり、高さＨ２が高さＨ１の０．６倍である場合、隙間Ｓは０．１（ｍｍ）以下となった。高さＨ２が高さＨ１の１．１５倍以下である場合は、隙間Ｓの大きさは０．３（ｍｍ）以下となり、隙間Ｓの大きさは、高さＨ２が高さＨ１の２倍である場合と比較して顕著に小さくなった。これは、複数のスペーサ２６の総高さが同等であれば、スペーサ２６の高さＨ２が小さいと、曲げ荷重Ｆによってスペーサ２６が浮き上がる際の支点３５の数が多くなり、隙間Ｓの発生箇所が多数箇所に分散されるからである。

隙間Ｓに発生する部分放電を防止する観点では、隙間Ｓの大きさは、０．３（ｍｍ）以下であることが必要である。このため、スペーサ２６の高さＨ２を非直線抵抗素子２５の高さＨ１の１．１５倍以下とすることで、隙間Ｓの大きさを０．３（ｍｍ）以下にでき、隙間Ｓの部分放電の発生を効果的に防止できる。
また、本実施の形態では、積層された複数のスペーサ２６の部分で曲げ荷重が分散されるため、素子部１１の全体に曲げ荷重を分散でき、積層された複数の非直線抵抗素子２５にかかる曲げ荷重も緩和される。このため、スペーサ２６と非直線抵抗素子２５との間の隙間、及び、複数の非直線抵抗素子２５，２５の間に発生する隙間も小さくできる。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、避雷器１０は、積層された複数の非直線抵抗素子２５と、非直線抵抗素子２５の積層方向の両端に配置される一対の端子電極１２，１３と、非直線抵抗素子２５の周囲を絶縁性材料で被覆して形成される被覆部１６と、非直線抵抗素子２５に重ねて配置される長さ調整用のスペーサ２６とを備え、スペーサ２６は、その高さＨ２が、非直線抵抗素子２５の高さＨ１の１．１５倍以下の金属製であり、複数枚が積層して配置される。これにより、スペーサ２６の高さＨ２が非直線抵抗素子２５の高さＨ１の１．１５倍以下であり、厚さが薄いスペーサ２６が複数枚積層されるため、避雷器１０に曲げ荷重が加わった場合であっても、スペーサ２６，２６同志の隙間Ｓ及びスペーサ２６と非直線抵抗素子２５との間の隙間は、複数の箇所に分散される。このため、避雷器１０に曲げ荷重Ｆが加わる際のスペーサ２６及び非直線抵抗素子２５の隙間の発生を小さくでき、部分放電の発生を抑制できる。

また、複数枚のスペーサ２６，２６同士の間には、導電材製の箔３０が挟まれているため、箔３０によってスペーサ２６，２６の間の導電性を確保しながらスペーサ２６，２６の間の隙間Ｓを箔３０で埋めることができる。さらに、箔３０の存在によって、スペーサ２６，２６の間に発生する隙間Ｓを吸収でき、隙間Ｓを小さくできる。
さらに、一対の端子電極１２，１３の間で非直線抵抗素子２５を積層方向に圧縮する弾性部材１５を備えたため、弾性部材１５の圧縮力によってスペーサ２６，２６同志を密着させることができ、スペーサ２６，２６間の隙間Ｓを小さくできる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態では、箔２８，２９，３０，３１はアルミニウムの箔であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。箔２８，２９，３０，３１は、導電性を有する材料で構成されていれば良く、蒸着層２７と同一の材料で構成されることが望ましい。また、箔２８，２９，３０，３１を構成するアルミニウムとしては、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることができる。

１０ 避雷器
１２，１３ 端子電極
１５ 弾性部材
１６ 被覆部
２５ 非直線抵抗素子
２６ スペーサ
３０ 箔

Claims (3)

1. 積層された複数の非直線抵抗素子と、当該非直線抵抗素子の積層方向の両端に配置される一対の端子電極と、前記非直線抵抗素子の周囲を絶縁性材料で被覆して形成される被覆部と、前記非直線抵抗素子に重ねて配置される長さ調整用のスペーサとを備え、
   前記スペーサは、その高さが、前記非直線抵抗素子の高さの１．１５倍以下の金属製であり、複数枚が積層して配置されることを特徴とする避雷器。
2. 複数枚の前記スペーサ同士の間には、導電材製の箔が挟まれていることを特徴とする請求項１記載の避雷器。
3. 一対の前記端子電極の間で前記非直線抵抗素子を積層方向に圧縮する弾性部材を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の避雷器。

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